一种新型高频星型LLC谐振组合变换充电桩电路的制作方法

一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路
技术领域
1.本实用新型涉及开关电源中充电桩模块技术领域，更具体地说，涉及一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路。


背景技术：

2.目前业界在输出高压较大电流的充电桩模块，如500vdc/40a/20kw，采用的电源dcdc变换技术少数采用移相全桥技术，该技术变换效率相对稍低，体积较大，功率密度较低；如采用单一全桥llc谐振dcdc变换，利用llc全桥谐振电路中mosfet全负载范围零压开关(zvs)、开关频率小于等于谐振频率时通过增大励磁电感大大减小关断电流，且副边整流二极管几乎没有反向恢复，这些特点皆可提升转换效率，但存在输出端电流脉动较大，原边谐振槽电流较大，开关管因损耗较大而导致散热困难以及可靠性风险较大，且成本相对较高；采用高频星型llc谐振可以有效降低输出脉动，降低功率的电应力，减少空间和降低成本，提升可靠性，使得工程实现上更可行，但两个高频星型llc谐振组合时，典型的有输入输出都并联、输入串联输出并联、输入串联输出并联和串联切换的三种拓扑，都需要采用一些有效控制策略来保证两个高频星型llc谐振变换的均流；对于输入串联输出串联的拓扑通常先保证两个星型llc谐振的原边输入电压相等，如采用中点平衡法或其它有效控制策略；而对于两个高频星型llc谐振组合变换的输出直接并联的拓扑或串并联切换的拓扑，在输出并联工作情况下，当谐振参数偏离中心值较大时，两路变换的输出电流仍差异明显，下面对现有两个高频星型llc谐振输入串联输出并联的技术进行具体说明。
3.如图1所示两个高频星型llc谐振dcdc组合变换电路结构，输入为正负400v串联，输出为500vdc/40a/20kw，当第一个星型谐振变换中的谐振电感偏离中心值为
‑
5％，而谐振电容偏离中心值
‑
5％时，第二个星型谐振中的谐振电感偏离中心值为+5％，而谐振电容偏离中心值+5％时，两个谐振变换在同一频率的驱动信号下，第一个星型谐振变换输出电流比第二个谐振变换输出电流约大1800％，第一个星型llc谐振输出电流约38a，第二个星型llc谐振输出电流约2a；两者差异很大，严重不均流，这将导致两个高频谐振变换功率开关管、二极管谐振电感及主变压器在损耗上差异很大，易导致电应力和热应力远超出设计的要求，很容易导致可靠性功率管或磁件损坏等可靠性问题。


技术实现要素：

4.1.要解决的技术问题
5.针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路，它通过采样两个星型llc谐振的整流输出的电流，对两个电流值的相对大小做比较计算出电流差值δi，δi＝io1
‑
io2，依据δi来调节两个星型llc谐振变换的工作频率或调节有效占空度(如移相控制或调宽)，使得将两个高频星型llc谐振变换输出电流均流可有效解决现有技术中存在的问题，两个高频星型llc谐振变换的输出电流基本相等，实现良好的均流性能，可有效解决图1中因参数离散所带来的重大可靠性隐患，
降低功率管和磁件的功率容量、成本和空间尺寸，具有高效率、低成本和高可靠性等优势。
6.2.技术方案
7.为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：
8.一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路，包括信号控制处理电路，还包括第一谐振变换电路、第二谐振变换电路、电流检测放大电路、电容cl和电阻rl，所述第一谐振变换电路与第二谐振变换电路星型连接，所述第一谐振变换电路的vi+输入端和第二谐振变换电路的vi﹣输入端并联，且第一谐振变换电路的vi+输入端和第二谐振变换电路的vi﹣输入端并联后与gnd端连接，所述第一谐振变换电路的第一输出端与第二谐振变换电路的第一输出端连接，且第一谐振变换电路的第一输出端与第二谐振变换电路的第一输出端连接后分别与电容cl的输入端和电阻rl的输入端连接，所述第一谐振变换电路的第一输出端还与v0端连接，所述电容cl的输出端、电阻rl的输出端和第一谐振变换电路的第二输出端与gnd端连接，所述第二谐振变换电路的第二输出端和第一谐振变换电路的第三输出端分别与电流检测放大电路的第一输入端和第二输入端连接，所述电流检测放大电路的输出端与电流检测放大电路的输入端连接，所述信号控制处理电路的第一输出端和第二输出端分别与第一谐振变换电路的第一输入端和第二谐振变换电路的第一输入端连接。
9.作为本实用新型的一种优选方案，所述第一谐振变换电路包括开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s5、开关s6、电感l1、电感l2、电感l3、电容c1、电容c2、电容c3、第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、电阻r1、电阻r2和电阻r3，所述第一谐振变换电路的vi+输入端分别与开关s1的输入端、开关s3的输入端和开关s5的输入端连接，所述开关s1的输出端分别与开关s2的输入端和电感l1的输入端连接，所述开关s2的输入端与gnd端连接，所述电感l1的输入端与电容c1的输入端连接，所述开关s3的输出端分别与开关s4的输入端和电感l2的输入端连接，所述开关s4的输入端与gnd端连接，所述电感l2的输入端与电容c2的输入端连接，所述开关s5的输出端分别与开关s6的输入端和电感l3的输入端连接，所述开关s6的输入端与gnd端连接，所述电感l3的输入端与电容c3的输入端连接，所述电容c1的输出端与第一变压器t1的原边绕组一端连接，所述第一变压器t1的原边绕组另一端分别与第二变压器t2的原边绕组一端和第三变压器t3的原边绕组一端连接，所述电容c2的输出端与第二变压器t2的原边绕组另一端连接，所述电容c3的输出端与第三变压器t3的原边绕组另一端连接，所述第一变压器t1的副边绕组一端与二极管d1的输入端连接，所述第二变压器t2的副边绕组一端与二极管d2的输入端连接，所述第三变压器t3的副边绕组一端与二极管d3的输入端连接，所述第一变压器t1的副边绕组另一端、第二变压器t2的副边绕组另一端和第三变压器t3的副边绕组另一端分别与二极管d4的输入端、二极管d5的输入端、二极管d6的输入端、电阻r2的输入端和电阻r3的输入端连接，所述二极管d4的输入端与二极管d1的输入端连接，所述二极管d5的输入端与二极管d2的输入端连接，所述二极管d6的输出端与二极管d3的输入端连接，所述电阻r2的输出端与低电位信号ise﹣s1﹣gnd连接，所述电阻r3的输出端、二极管d1的输出端、二极管d2的输出端、二极管d3的输入端、电容cl的输出端和电阻rl的输出端分别与v0端连接，所述电阻r3的输出端还分别与电阻r1的输入端、gnd端、电容cl的输入端和电阻rl的输入端连接，所述电阻r1的输出端与高电位信号ise﹣s1连接。
10.作为本实用新型的一种优选方案，所述第二谐振变换电路包括开关s7、开关s8、开
关s9、开关s10、开关s11、开关s12、电感l4、电感l5、电感l6、电容c4、电容c5、电容c6、第四变压器t4、第五变压器t5、第六变压器t6、二极管d7、二极管d8、二极管d9、二极管d10、二极管d11、二极管d12、电阻r4、电阻r5和电阻r6，所述第一谐振变换电路的vi+输入端还分别与开关s7的输入端、开关s9的输入端、开关s11的输入端、gnd端和第二谐振变换电路的vi﹣输入端连接，所述开关s7的输出端分别与开关s8的输入端和电感l4的输入端连接，所述开关s8的输入端与gnd端连接，所述电感l4的输入端与电容c4的输入端连接，所述开关s9的输出端分别与开关s10的输入端和电感l5的输入端连接，所述开关s10的输入端与gnd端连接，所述电感l5的输入端与电容c5的输入端连接，所述开关s11的输出端分别与开关s12的输入端和电感l6的输入端连接，所述开关s12的输入端与gnd端连接，所述电感l6的输入端与电容c6的输入端连接，所述电容c4的输出端与第四变压器t4的原边绕组一端连接，所述第四变压器t4的原边绕组另一端分别与第五变压器t5的原边绕组一端和第六变压器t6的原边绕组一端连接，所述电容c5的输出端与第五变压器t5的原边绕组另一端连接，所述电容c6的输出端与第六变压器t6的原边绕组另一端连接，所述第四变压器t4的副边绕组一端与二极管d7的输入端连接，所述第五变压器t5的副边绕组一端与二极管d8的输入端连接，所述第六变压器t6的副边绕组一端与二极管d9的输入端连接，所述第四变压器t4的副边绕组另一端、第五变压器t5的副边绕组另一端和第六变压器t6的副边绕组另一端分别与二极管d10的输入端、二极管d11的输入端、二极管d12的输入端、电阻r5的输入端和电阻r6的输入端连接，所述二极管d10的输入端与二极管d7的输入端连接，所述二极管d11的输入端与二极管d8的输入端连接，所述二极管d12的输出端与二极管d9的输入端连接，所述电阻r5的输出端与低电位信号ise﹣s2﹣gnd连接，所述电阻r6的输出端还分别与电阻r4的输入端和gnd端连接，所述电阻r4的输出端与高电位信号ise﹣s2连接。
11.作为本实用新型的一种优选方案，所述电流检测放大电路包括检测芯片、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c12、电容c13、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15和电阻r16，所述检测芯片的1引脚分别与电阻r7的输入端、电容c9的输入端和电阻r8的输入端连接，所述电阻r7的输出端分别与第一星型谐振变换的输出电流信号ise﹣s1﹣dsc、电容c8的输入端连接，所述电容c8的输出端与gnd端连接，所述电阻r8的输出端与电容c9的输出端连接，且电阻r8的输出端与电容c9的输出端连接后分别与检测芯片的2引脚和电阻r11的输入端连接，所述电阻r11的输出端与低电位信号ise﹣s1﹣gnd连接，所述检测芯片的3引脚分别与电阻r9的输入端、电容c10的输入端和电阻r10的输入端连接，所述电阻r9的输入端与电容c10的输出端均与gnd端连接，所述电阻r10的输出端与高电位信号ise﹣s1连接，所述检测芯片的5引脚分别与电容c7的输入端和vcc端连接，所述电容c7的输出端与gnd端连接，所述检测芯片的6引脚与电阻r16的输入端连接，所述电阻r16的输出端分别与第二星型谐振变换的输出电流信号ise﹣s2﹣dsc和电容c12的输入端连接，所述电容c12的输出端与gnd端连接，所述检测芯片的7引脚分别与电阻r15的输入端、电容c11的输入端和电阻r12的输入端连接，所述电阻r15的输出端和电容c11的输出端根本与电阻r16的输入端连接，所述电阻r12的输出端与低电位信号ise﹣s2﹣gnd连接，所述检测芯片的8引脚分别与电阻r14的输入端、电容c13的输入端和电子r13的输入端连接，所述电阻r14的输出端和电容c13的输出端均与gnd端连接，所述电阻r13的输出端与高电位信号ise﹣s2连接。
12.3.有益效果
13.相比于现有技术，本实用新型的优点在于：
14.(1)高效率：和现有技术如图1相比，采用均流控制后，相对于参数离散导致不均流的情形，两个谐振变换的输出电流基本均等，可明显降低功率开关管总的通态损耗和开关损耗，降低磁件的铜损和铁损，可明显提升效率。
15.(2)均流：和现有技术如图1相比，输入为正负400v串联，输出为500vdc/40a/20kw，当第一谐振变换电路中的谐振电感偏离中心值为
‑
5％，而谐振电容偏离中心值
‑
5％时，第二谐振变换电路中的谐振电感偏离中心值为+5％，而谐振电容偏离中心值+5％时，第二星型llc谐振变换与第一星型llc谐振变换的输出电流差值显著减少，相差约5％，如采用闭环无静差控制则两个谐振变换输出电流差值可接近零，从而良好地实现了两个高频星型llc谐振变换中输出电流的均流功能。
16.(3)低成本和高可靠性：两个星型llc谐振变换实现良好均流，减少了总的损耗，降低了电压电流应力，从而可降低所选用功率管的功率容量和电流容量，故可降低成本；显著降低了开关管、变压器和谐振电感的热应力，关键是很大程度提升了可靠性。
附图说明
17.图1为本实用新型一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路中现有技术的电路原理图；
18.图2为本实用新型一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路中现有技术的电路原理框图；
19.图3为本实用新型一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路中第一谐振变换电路和第二谐振变换电路处的电路原理图；
20.图4为本实用新型一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路中电流电磁放大电路处的电路原理图。
21.图中标号说明：
22.1、第一谐振变换电路；2、第二谐振变换电路；3、电流检测放大电路；4、信号控制处理电路。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.实施例：
27.请参阅图2
‑
4，一种新型高频星型llc谐振组合变换充电桩电路，包括信号控制处理电路4，还包括第一谐振变换电路1、第二谐振变换电路2、电流检测放大电路3、电容cl和电阻rl，第一谐振变换电路1与第二谐振变换电路2星型连接，第一谐振变换电路1的vi+输入端和第二谐振变换电路2的vi﹣输入端并联，且第一谐振变换电路1的vi+输入端和第二谐振变换电路2的vi﹣输入端并联后与gnd端连接，第一谐振变换电路1的第一输出端与第二谐振变换电路2的第一输出端连接，且第一谐振变换电路1的第一输出端与第二谐振变换电路2的第一输出端连接后分别与电容cl的输入端和电阻rl的输入端连接，第一谐振变换电路1的第一输出端还与v0端连接，电容cl的输出端、电阻rl的输出端和第一谐振变换电路1的第二输出端与gnd端连接，第二谐振变换电路2的第二输出端和第一谐振变换电路1的第三输出端分别与电流检测放大电路3的第一输入端和第二输入端连接，电流检测放大电路3的输出端与电流检测放大电路3的输入端连接，信号控制处理电路4的第一输出端和第二输出端分别与第一谐振变换电路1的第一输入端和第二谐振变换电路2的第一输入端连接；
28.具体的，第一谐振变换电路1包括开关s1、开关s2、开关s3、开关s4、开关s5、开关s6、电感l1、电感l2、电感l3、电容c1、电容c2、电容c3、第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6、电阻r1、电阻r2和电阻r3，第一谐振变换电路1的vi+输入端分别与开关s1的输入端、开关s3的输入端和开关s5的输入端连接，开关s1的输出端分别与开关s2的输入端和电感l1的输入端连接，开关s2的输入端与gnd端连接，电感l1的输入端与电容c1的输入端连接，开关s3的输出端分别与开关s4的输入端和电感l2的输入端连接，开关s4的输入端与gnd端连接，电感l2的输入端与电容c2的输入端连接，开关s5的输出端分别与开关s6的输入端和电感l3的输入端连接，开关s6的输入端与gnd端连接，电感l3的输入端与电容c3的输入端连接，电容c1的输出端与第一变压器t1的原边绕组一端连接，第一变压器t1的原边绕组另一端分别与第二变压器t2的原边绕组一端和第三变压器t3的原边绕组一端连接，电容c2的输出端与第二变压器t2的原边绕组另一端连接，电容c3的输出端与第三变压器t3的原边绕组另一端连接，第一变压器t1的副边绕组一端与二极管d1的输入端连接，第二变压器t2的副边绕组一端与二极管d2的输入端连接，第三变压器t3的副边绕组一端与二极管d3的输入端连接，第一变压器t1的副边绕组另一端、第二变压器t2的副边绕组另一端和第三变压器t3的副边绕组另一端分别与二极管d4的输入端、二极管d5的输入端、二极管d6的输入端、电阻r2的输入端和电阻r3的输入端连接，二极管d4的输入端与二极管d1的输入端连接，二极管d5的输入端与二极管d2的输入端连接，二极管d6的输出端与二极管d3的输入端连接，电阻r2的输出端与低电位信号ise﹣s1﹣gnd连接，电阻r3的输出端、二极管d1的输出端、二极管d2的输出端、二极管d3的输入端、电容cl的输出端和电阻rl的输出端分别与v0端连接，电阻r3的输出端还分别与电阻r1的输入端、gnd端、电容cl的输入端和电阻rl的输入端连接，电阻r1的输出端与高电位信号ise﹣s1连接；
29.具体的，第二谐振变换电路2包括开关s7、开关s8、开关s9、开关s10、开关s11、开关s12、电感l4、电感l5、电感l6、电容c4、电容c5、电容c6、第四变压器t4、第五变压器t5、第六变压器t6、二极管d7、二极管d8、二极管d9、二极管d10、二极管d11、二极管d12、电阻r4、电阻r5和电阻r6，第一谐振变换电路1的vi+输入端还分别与开关s7的输入端、开关s9的输入端、开关s11的输入端、gnd端和第二谐振变换电路2的vi﹣输入端连接，开关s7的输出端分别与开关s8的输入端和电感l4的输入端连接，开关s8的输入端与gnd端连接，电感l4的输入端与电容c4的输入端连接，开关s9的输出端分别与开关s10的输入端和电感l5的输入端连接，开关s10的输入端与gnd端连接，电感l5的输入端与电容c5的输入端连接，开关s11的输出端分别与开关s12的输入端和电感l6的输入端连接，开关s12的输入端与gnd端连接，电感l6的输入端与电容c6的输入端连接，电容c4的输出端与第四变压器t4的原边绕组一端连接，第四变压器t4的原边绕组另一端分别与第五变压器t5的原边绕组一端和第六变压器t6的原边绕组一端连接，电容c5的输出端与第五变压器t5的原边绕组另一端连接，电容c6的输出端与第六变压器t6的原边绕组另一端连接，第四变压器t4的副边绕组一端与二极管d7的输入端连接，第五变压器t5的副边绕组一端与二极管d8的输入端连接，第六变压器t6的副边绕组一端与二极管d9的输入端连接，第四变压器t4的副边绕组另一端、第五变压器t5的副边绕组另一端和第六变压器t6的副边绕组另一端分别与二极管d10的输入端、二极管d11的输入端、二极管d12的输入端、电阻r5的输入端和电阻r6的输入端连接，二极管d10的输入端与二极管d7的输入端连接，二极管d11的输入端与二极管d8的输入端连接，二极管d12的输出端与二极管d9的输入端连接，电阻r5的输出端与低电位信号ise﹣s2﹣gnd连接，电阻r6的输出端还分别与电阻r4的输入端和gnd端连接，电阻r4的输出端与高电位信号ise﹣s2连接；
30.具体的，电流检测放大电路3包括检测芯片、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c12、电容c13、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15和电阻r16，检测芯片的1引脚分别与电阻r7的输入端、电容c9的输入端和电阻r8的输入端连接，电阻r7的输出端分别与第一星型谐振变换的输出电流信号ise﹣s1﹣dsc、电容c8的输入端连接，电容c8的输出端与gnd端连接，电阻r8的输出端与电容c9的输出端连接，且电阻r8的输出端与电容c9的输出端连接后分别与检测芯片的2引脚和电阻r11的输入端连接，电阻r11的输出端与低电位信号ise﹣s1﹣gnd连接，检测芯片的3引脚分别与电阻r9的输入端、电容c10的输入端和电阻r10的输入端连接，电阻r9的输入端与电容c10的输出端均与gnd端连接，电阻r10的输出端与高电位信号ise﹣s1连接，检测芯片的5引脚分别与电容c7的输入端和vcc端连接，电容c7的输出端与gnd端连接，检测芯片的6引脚与电阻r16的输入端连接，电阻r16的输出端分别与第二星型谐振变换的输出电流信号ise﹣s2﹣dsc和电容c12的输入端连接，电容c12的输出端与gnd端连接，检测芯片的7引脚分别与电阻r15的输入端、电容c11的输入端和电阻r12的输入端连接，电阻r15的输出端和电容c11的输出端根本与电阻r16的输入端连接，电阻r12的输出端与低电位信号ise﹣s2﹣gnd连接，检测芯片的8引脚分别与电阻r14的输入端、电容c13的输入端和电子r13的输入端连接，电阻r14的输出端和电容c13的输出端均与gnd端连接，电阻r13的输出端与高电位信号ise﹣s2连接；
31.第一谐振变换电路1产生的低电位信号ise﹣s1﹣gnd和高电位信号ise﹣s1送给电流检测放大电路3处理，生成送给信号控制处理电路4的第一星型谐振变换的输出电流信号ise﹣s1﹣dsc；
32.第二谐振变换电路2产生的低电位信号ise﹣s2﹣gnd和高电位信号ise﹣s2将送给电流检测放大电路3处理，生成送给信号控制处理电路4的第二星型谐振变换的输出电流信号ise﹣s2﹣dsc；
33.本实施例的vi+输入端为+400vdc，vi﹣输入端为﹣400vdc；
34.本实施例可以实现输出为500vdc/40a/20kw，当第一谐振变换电路1中的谐振电感偏离中心值为
‑
5％，而谐振电容偏离中心值
‑
5％时，第二谐振变换电路2中的谐振电感偏离中心值为+5％，而谐振电容偏离中心值+5％时，第二星型llc谐振变换与第一星型llc谐振变换的输出电流差值显著减少，相差约5％，如采用闭环无静差控制则两个谐振变换输出电流差值可接近零，从而良好地实现了两个高频星型llc谐振变换中输出电流的均流功能；
35.最后需要进行说明的是：信号控制处理电路4属于本领域技术人员的公知常识，信号控制处理电路4可以根据实际需要选择相应的电路，故此不对其内部电路构造作过多赘述。
36.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。